第三章静电场中的电介质.doc

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1、第三章   静电场中的电介质 §１概述１）媒质中的电场媒质由电粒子和中性粒子构成，电场与媒质中的电粒子产生作用。大量的微观作用可能会表现出宏观现象。２）微观量与宏观量微观量：媒质中各微观点的值,具有时间上起伏性。宏观值：是大量微观现象在物理无限小体积元中对应的平均值，具有相对的稳定性（在静电场的条件下）。宏观电磁现象是大量的微观电磁作用的综合平均效应。§２、电偶极子１、电介质电介质即通常所指的绝缘体（其特点为体内无自由电子）。a)  电介质与电场的相互作用。实验介质为玻璃。介质插入电容器极板之前，电压为U；介质插入

2、电容器极板之后，①此种静电现象表明，介质对电场产生了作用。②介质两侧表面出现了不能作宏观运动的异号电荷。此种现象表明电场对介质产生了作用。此种静电现象称之为极化。极化：中性介质受电场作用后在宏观上表现出电性。束缚电荷：介质中不能产生宏观移动的电粒子。特点：电粒子受分子力的约束，只能为生微观移动，其活动区域为原子的线度数量级。研究大量微观粒子产生的宏观电现象时，可将分子、原子等效成两个等量异号的正电荷重心和负电荷重心，从而可以达到简化问题目的。处在电场中的正负电重心受力方向相反，会产生重心之间距离的拉伸与压缩、重心的

3、相对偏转等位置变化，在宏观上呈现出电性，使介质产生极化。重合的正负电荷重心被电场拉开。不重合的电重心整体产生偏转，相对位置亦为生变化。２电偶极子电偶极子是由两个等量异号且相距很近的点电荷构成的电荷体系，（l<

4、用力 电偶极子所受的力矩令p=ql（电偶极矩定义式）则＝pEsinθ电偶极矩是描述电偶极子本身电学特性的物理量，电偶极子产生电场、电势、辐射以及在电场中受到的力矩等电学特性均可由电偶极矩体现出来。２）电偶极子激发的电场电偶极子延长线上的电场对于电偶极子有条件r>>l则l2为二级小量，可以略去不计。电偶极子在中垂面上产生电场略去二级小量有其中r为l的中点到空间考察点的距离。电场由p和r来决定，可见p可以用来量化表征电偶极子产生电场的特性。一般情况下，的比例关系仍然成立，但E与图中的θ有关。３）、电偶极子产生的电势其中

5、p也可以用来量化表示电偶极子产生势的基本特性。４）、电偶极子的电力线及其等位面。（见教材）电偶极子产生的电场、电势以及其在电场中受到的力矩等特性均可由p来定量地量化表示，可见p反映了电偶极子本身的物理特性。§３电介质的极化１、位移极化与取向极化１）两类电介质无极分子构成的介质无极分子的特点：无外电场时，分子的正负电重心重合，宏观上不显电性，偶极矩为零。（例如：甲烷等物质CH4）有极分子构成的介质有极分子的特点：无外电场时，分子的正负电重心不重合，形成电偶极子，具有确定的电偶极矩，介质中的这种电偶极子的取向杂乱无章，

6、介质在整体上对外不显示宏观上的电性。（例如：水分子）２）介质的极化机制无极分子的位移极化正负电重心在外电场的作用下，使重合的电重心产生反向位移，形成电偶极子。       上图为氢原子的极化示意图，对于分子亦有类似的机制。这种极化是由正负电荷的反向位移造成，所以称之为位移极化。极化特点：电偶极矩方向与外电场方向一致。介质中众多的分子均产生此种类似的位移极化，介质由众多的方向一致的电偶极子构成，对外呈现出宏观电场。有极分子的取向极化极分子介质处在电场中时，其中原本杂乱无章的电偶极子将会向电场方向偏转，介质整体对外呈现

7、出电性。这种极化是由电偶极子的定向偏转造成的，所以称之为取向极化。有极分子同时也产生们位移极化，相对于取向极化而言，其效应较弱，一般不考虑。在高频电场的情况下则类外。此时，由于分子的惯性较大，取向极化跟不上电场的变化（分子几乎无法偏转或偏转幅度很小），对外难以呈现出取向极化的效应，但电子的惯性较小，能跟上电场的变化，故位移极化他然存在，此时介质极化的主要是位移极化。位移极化与取向极化的区别位移极化电偶极子与电场平行主要由电子移动形成取向极化电偶极子顺向电场（一般不平行）分子产生偏转2、极化强度矢量介质的极化强弱是由

8、介质体内的电偶极子的密度、偶极矩的大小以及集体向电场方向的顺向程度（有序度）来综合体现。可采用下述量化表示来体现。，（宏观上足够小，相对线度而言；微观上足够大，包含有大量的分子或原子）极化强度矢量的定义式中的偶极数与物理体积元的比值体现了电偶极子的密度；矢量和体现了电偶子的有序度；从总体上全面体现了介质极化强弱的特点。P是一个宏观物理量，由外电场和介质自身的